纳米农药在病虫害防治中的应用及发展趋势探讨

吴 飞

池州学院材料与环境工程学院，安徽 池州 247000

0 引言

纳米技术在农业领域的应用备受关注。其中，纳米农药作为纳米技术在农业领域的代表应用之一，具有精确控制和释放、提高生物活性、多功能性、环境友好性等优势。2022 年1 月，农业农村部等八部门联合印发《“十四五”全国农药产业发展规划》，倡导纳米技术在农药剂型上的创新应用，鼓励企业充分利用新工艺、新技术，大力发展水基化、纳米化、超低容量、缓释等制剂，适应大中型施药器械和多元化用药需求。根据相关产业发展规划可以看出，未来纳米技术在病虫害防治中的应用将推动纳米农药的应用和研究，为农业生产提供更有效、可持续和环保的解决方案。但就目前而言，纳米农药产业化生产和应用较少，且农民对纳米农药也存在认知不足问题。因此，笔者对纳米农药的相关理论、特点，以及优势和不足等进行总结，就其在病虫害防治领域的应用进行重点分析，同时根据当前发展现状对其未来发展趋势进行预测，以期能为纳米农药在病虫害防治中推广和应用提供理论支持［1］。

1 纳米农药相关概述

纳米农药是利用纳米技术制备的农药产品。纳米农药的定义主要包括纳米尺度和农药性质两个方面。第一，纳米农药的关键特征是其颗粒粒径处于纳米级别，通常在1～100 nm。相比传统农药，纳米农药的颗粒粒径更小，具有更大的比表面积。第二，纳米农药可以是纳米颗粒形式的农药活性成分，也可以是通过纳米技术改性的传统农药。纳米农药的制备过程通常涉及将农药活性成分包裹或吸附在纳米载体上，以增强其稳定性、溶解性、渗透性等特性。纳米农药的纳米级颗粒和特殊的物理化学性质赋予了其较多优势，如较强的吸附性和渗透性、较好的靶向性、控制释放性能等。

根据纳米农药微粒的形态结构和粒径的不同，可将其分为微乳剂、纳米乳剂、纳米分散剂3 种制剂。此外，通过纳米材料吸附、偶联、包裹农药，构建纳米载药体系，并根据载体化学性质的不同可将其分为聚合物类制剂、脂质体纳米制剂、二氧化硅纳米制剂等。不同的制备方法和分散体系会影响纳米农药颗粒的粒径，不同纳米农药制剂其有效成分微粒的形态结构及粒径如图1所示［2］。

图1 不同纳米农药有效成分微粒的形态及粒径

2 纳米农药发展现状

纳米农药的发展历程可以追溯到20 世纪90 年代初。进入21 世纪后，美国、日本等国家相继开始了纳米农药的相关研究，创制了新型农药制剂。我国的纳米农药研究起步相对较晚，自2006 年才开始。2014年，纳米农业领域的国家重大科学研究计划项目启动，经过十余年的科研攻关，我国逐渐建立了具有完全自主知识产权的纳米农药核心制备技术体系，同时一些纳米农药产品开始进入市场，如纳米硅藻土、纳米氧化锌等，并在病虫害防治中展示出一定的效果，引起了农业界和农药行业的关注。但总体来说，我国纳米农药的研究和应用仍处于初级发展阶段，集中在纳米载体的制备和应用领域的探索。

近年来，我国已先后在19 个省（自治区、直辖市）170 多个县（市、区），针对水稻、小麦、玉米、柑橘等17种作物的20 种防治对象开展了纳米农药试验示范应可，且河南省、江苏省、黑龙江省等地的农业技术推广部门均对纳米农药相关产品进行了技术推广与示范应用。以江苏省为例，当地推广示范纳米农药减量增效复配技术，可有效解决传统农药剂型不稳定的问题。纳米农药减量增效复配技术通过增大农药微粒数量和表面积，扩大与防治靶标的接触面，显著提高了农药分子的递送效率与渗透性；通过精准用药方案，病虫害防治所需的多种农药得到了科学精准混配，从而达到提高农药药效、减量控害的目的。与传统农药相比，在保证防治效果的情况下，纳米农药使用量可有效减少20%［3-4］。

3 纳米农药的应用优势与不足

纳米农药的应用优势主要有增强传输效果、提高作用靶向性、增强持效性和降低环境污染风险。第一，纳米技术能够改善农药在水中的溶解度和分散性，提高农药应用效果。第二，通过调控纳米颗粒的特性，可使纳米农药更精确地靶向应用于目标害虫，减少农药的使用量和对非目标生物的影响。第三，用纳米颗粒作为载体可有效延长农药释放时间，减少了农药使用频次，降低了环境污染的风险。然而，纳米农药也存在一些不足。第一，纳米农药的安全性和环境影响尚未完全了解，需要进一步开展安全评估和监测研究。第二，制备纳米农药的过程相对复杂，并且需要昂贵的设备，限制了其大规模应用。第三，纳米颗粒的稳定性和释放控制面临挑战，需要解决纳米颗粒在环境中的聚集和沉积问题，以保证农药的作用效果。因此，在纳米农药的开发和应用过程中，研发人员需要综合考虑其应用优势和不足，并遵循安全环保原则进行设计和监管。

4 纳米农药在病虫害防治中的应用

4.1 杀虫剂应用

纳米农药可作为杀虫剂用于控制各种害虫。例如，纳米硅有尖锐的边缘和较大的比表面积，能够刺破害虫皮肤，导致害虫脱水死亡。纳米氧化锌可通过与害虫体内的物质发生反应，对其产生毒性作用。此外，纳米多肽可将生物活性多肽纳米化，使其具有更好的稳定性和抗性。纳米酶可提高酶催化效率和稳定性，实现对害虫生理代谢的干扰或抑制［5-6］。

4.2 杀菌剂应用

纳米农药可作为杀菌剂用于控制病原菌的生长和繁殖。例如，纳米氧化锌、纳米银等具有优异的抗菌活性，可以破坏病原菌的细胞结构和代谢功能，从而杀死病原菌。纳米农药的小粒径和高比表面积使其能更好地与病原菌接触，增强抗菌效果。此外，纳米材料可通过释放活性氧、抑制酶活性等方式抑制病原菌的生长和繁殖［6］。

4.3 植物生长调节剂应用

纳米农药还可作为植物生长调节剂，对植物的生长和发育产生影响。纳米材料可通过改变植物的新陈代谢、调节植物激素平衡等方式，促进植物生长和增强抗逆能力。例如，纳米二氧化硅可以提高植物的抗逆性，增强植物对病虫害的抵抗能力。此外，纳米材料可通过调节植物根系的吸收和利用营养物质的能力，提高植物的养分利用效率。

4.4 传递载体应用

纳米材料还可作为传递载体，将其他农药或生物农药输送至目标组织或靶标生物体内，实现农药的靶向输送和控制释放，提高农药的利用效率和效果。例如，纳米载体可将微量的农药有效地输送至植物的根系、叶片等部位，提高农药的吸收和利用率，减少农药的流失和环境污染。例如，纳米微胶囊、纳米包被等可将农药包裹在纳米胶囊中，实现对农药的控制释放，延长其持久性和稳定性，提高防治效果。

5 纳米农药未来发展趋势分析

尽管我国学者针对纳米农药已经取得了一定的研究和应用进展，但在相关技术、产业化应用及产学研结合层面仍有较大发展空间［7-9］。

5.1 相关技术层面

5.1.1 制备技术的发展

随着纳米技术的不断发展，纳米农药的制备技术将不断改进。新的材料合成方法、纳米粒子整形和修饰技术等将被应用于纳米农药的制备中，以提高农药的效果和性能。例如，近年来，无机纳米材料和有机纳米载体的合成和改进使得纳米农药的稳定性、溶解度和生物利用度得到大幅提高。

5.1.2 共生技术的发展

共生技术是将不同功能的纳米粒子组装在一起，形成具有多重功能的纳米材料。未来的纳米农药将拥有多种功能，如杀虫、杀菌、促进生长等，通过特定的制备方法和控制释放机制实现某种功能的激活。如此，纳米农药可提供更全面的病虫害防治效果，减少农药的使用量和频次。

5.1.3 智能释放技术的发展

智能释放技术是指通过控制纳米农药的释放速率和释放方式，实现精准的病虫害控制。深入研究和应用纳米农药的智能释放技术，可提升病虫害防治效果和减少农药的使用量。例如，通过调节pH值、温度、湿度等环境因子，可实现纳米农药自适应释放，达到更好的控制效果。同时，科技工作者未来将致力于提高纳米农药对特定病害或害虫的识别和吸附能力，实现更精准的防治效果，减小对非目标生物的影响。

5.2 产业应用层面

随着全球人口的增加和对食品安全的关注度提高，农业生产面临更大的压力，纳米农药作为一种高效、环保的农药形式，有望得到广泛应用。未来，纳米农药市场的发展不仅限于单一国家或地区，而是具有全球性的潜力。综合考虑技术和管理政策要素，集成低成本、可复制、可推广的示范推广模式是不同国家和地区的农业都将面临的挑战，其对纳米农药的需求相对一致。因此，纳米农药企业有机会在国际市场上扩大业务。由于纳米农药属于新兴领域，因此政策引导和标准制定起到重要的作用。相关机构应进行政策引导，制定相关标准和法规，以确保纳米农药的安全性、环境友好性及市场准入要求。

5.3 产学研结合层面

未来，产业化、规模化生产将成为纳米农药研发和应用的重要趋势。尤其是随着生产技术的成熟和经验的积累，纳米农药的功能将更加稳定和高效，从而满足市场的需求。此外，将会有更多的产学研合作项目，以共同攻克纳米农药在制备、应用和安全性等方面的挑战，并不断探索新的应用领域。除了传统的农业应用领域外，纳米农药还有可能在农田灌溉、种子处理和食品包装等领域发挥作用，为纳米农药的市场开拓提供新的机遇。值得一提的是，纳米农药的安全性和环境友好性是产学研合作中的重要议题。未来，人们将会更加重视纳米农药的安全性评估和环境风险评估，以确保纳米农药的可持续和安全应用。

6 结束语

纳米农药在病原微生物和害虫防治方面具有很大的应用潜力，可以提高防治效果、减少农药使用量、改善环境友好性，并提高农产品的质量和安全性。在未来的发展中，有望实现制备技术的改进、多功能纳米农药的研发、智能释放技术的应用和生物传感与监测技术的发展。同时，产学研合作将在纳米农药的研发和推广中发挥重要作用。通过政策引导、标准制定和深度合作，纳米农药有望在产业化与规模化生产、探索新的应用领域及安全性与环境友好性的研究与评估方面取得更大的突破。